哈維、艾瑪颶風連續侵襲,美國再度深思分散式能源發展

作者 | 發布日期 2017 年 09 月 14 日 8:45 | 分類 環境科學 , 能源科技 follow us in feedly

每當天災過後,能源安全的議題就會再度受到重視,2012 年時珊迪颶風侵襲美東,造成紐約等地大斷電,當時分散式能源的各種技術還在實驗階段,成本較高,本來不受重視,只在學校進行小型學術性試驗,但當珊迪來襲,紐約一片黑暗,紐約大學校區因設置熱電共生分散式能源系統,有電、有燈光、有暖氣、有熱水,成為災區中的救難綠洲,其他如紐澤西州普林斯頓大學校區、康乃迪克州的南溫莎(South Windsor)高中,也扮演相同角色。



5 年過後,相關技術成本已大為下降,然而分散式能源發展仍侷限於特殊應用,如偏遠地區等尚未能完全普及。哈維颶風侵襲,再度提醒世人集中式電網對應巨災的脆弱性,以及分散式能源的重要。台灣許多人對分散式能源完全沒有認知,經常誤以為把電網切八段叫分散,或誤以為只有分散式太陽能才是分散式能源,事實上,分散式能源的領域非常廣,從最傳統的備援柴油發電機,到最高階的微電網系統,都是分散式能源的一環。

哈維颶風摧毀了輸配電設施,造成超過 20 萬戶斷電,而大水造成電力公司根本無法前往搶修,於是大多數沒有備援電力的用戶,就這樣被遺落在黑暗中。德州大多數居民具有分散式備援電力資源,多半還是傳統在車庫裡的柴油發電機,這些柴油發電機儘管污染大,也不是什麼最新科技,但是能讓冰箱有電,食物不會腐壞,也能讓重要的商家開店營運,以及維持醫院運作。

家中沒電或許只是不方便,商家沒電可能只是少賺點錢,但對大型機構來說,備援電力準備是否充分至關重要。醫院仰賴備援電力保住病人性命,珊迪颶風時,紐約就發生醫院備援柴油發電機故障,導致病患得在風雨中轉院的慘劇。在德州,此次哈維颶風也讓多家醫院發現備援電力失效,導致 16 家醫院關閉、1,000 多名病患得在風雨中轉院。

此外,哈維颶風還吹垮了化學工廠。2004 年由道達爾(Total)重整時獨立而成的阿科瑪(Arkema)化學,其在德州克勞斯貝的化學工廠,受到哈維颶風侵襲,不僅打斷電網供電,也淹沒柴油發電機,造成兩組備援電力系統失效,過氧化物冷凍儲槽斷電,阿科瑪員工連忙把過氧化物轉移到柴油發動的冷凍櫃拖車上,但其中 8 輛也發生故障,員工只好緊急撤離,過氧化物升溫後分解,產生有毒煙霧,最後著火爆炸,消防單位疏散方圓 1.5 英里範圍。爆炸後散發的毒霧讓許多警消人員都因為呼吸道刺激而送醫。

相對的,在哈維颶風巨災中,休士頓的德州醫學中心(Texas Medical Center )卻是有備無患。2001 年時,颶風艾利森來襲,造成德州醫學中心損失 20 億美元,在這次慘痛教訓後,院方痛定思痛,斥資 5,000 萬美元,建立一系列防水門,以阻擋可能的洪水;此外,也找來熱電共生系統商熱能(Thermal Energy)安裝熱電共生系統。當哈維颶風來襲,德州醫學中心安然繼續營運,確保所有病人的安全。

德州 H-E-B 連鎖超市也獲益於及早引進分散式能源系統。H-E-B 連鎖超市與微電網服務商迷岩(Enchanted Rock)合作,以每月付固定服務費用的方式,讓迷岩為大休士頓地區 63 家店面安裝、維護、營運燃氣發電微電網系統。在平時,這套系統主要是用來在尖峰時間減少使用高價用電,或是甚至可逆向售電給德州獨立電網 ERCOT,這套系統也設計了「孤島模式」,也就是當德州電網斷電時,可以做為獨立的微電網運作。當哈維颶風侵襲導致大斷電時,18 家 H-E-B 連鎖超市進入孤島模式後,可從不受狂風與水災影響的地下天然氣管線取用天然氣,成功自我供電,而能持續營運。

可從防災的能源安全角度出發

分散式燃氣發電不僅成本低於柴油發電,也更可靠,讓天然氣成為取代傳統柴油發電機的選項。迷岩的燃氣發電微電網系統目前總安裝容量已經達 130 百萬瓦(megawatt),並且無需補貼就有市場經濟效益。

德州也有結合太陽能、能源儲存、建築能源管控系統的較複雜微電網。達拉斯電力公司安可(Oncor)就建立了一個示範微電網,此外,美國能源部也出資,挹注德州理工大學成立的可再生能源產學平台奈爾集團(Group NIRE),建立物聯網能源管控系統,控制電池、電動車、空調設備、電熱水器、LED 照明等 100 項設備,以達成穩定管理微電網的目標,不過這兩個計畫都未受哈維颶風侵襲的考驗。

佛羅里達州的主要電力公司之一,佛羅里達電力照明公司(Florida Power & Light)在 2005 年威瑪颶風侵襲造成 350 萬人斷電之後,自 2006 年起,投注 30 億美元升級既有電網,提高對天災的防備能力,包括將木柱電線桿改為混凝土、在變電所安裝洪水監測裝置,以保護低窪地區的變電裝置,也安裝智慧電錶,以便一旦電力網路受損時能立即察覺並嘗試繞過受損地區。

但是哈維颶風之後,緊接著艾瑪颶風來襲,佛羅里達州仍有 900 萬人斷電,相當於 4 成居民,喬治亞州與南卡羅來納州也有 100 萬人斷電,另外杜克能源所屬區域也有 100 萬人斷電。在艾瑪颶風的強風侵襲下,連混凝土電線桿也應聲折斷,地下設施在颶風帶來暴潮下淹沒,大量設施損毀無法修復,必須重建,導致需要數週時間才能復電。

佛羅里達電力照明公司認為已經打造全美最強化、最智慧的電網,但仍然無法抵抗艾瑪颶風,這再度提醒世人集中式電網面對天災的脆弱性。當前的集中式電網,任何輸配節點受損,就會造成後續區域或完全斷電,這樣的弱點,想要靠電網能全面升級加強至「金剛不壞」來彌補,由佛州經驗可知,既曠日廢時、效果不彰,經濟上也不切實際。

分散式能源發展的第一步,並非立即取代現有的集中式電網,而是補其不足,既然無法把集中式大電網所有環節都打造得固若金湯,那就先從備援的思考角度補強。重要設施,小自紅綠燈,大到醫院、重要工廠,都必須建立自有的分散式能源,以因應一旦天災人禍,不會因為缺電而釀成更大災害。民生方面,住宅或社區有一定分散式能源備援能力,雖然可能不足以吹冷氣,但至少冰箱有電,食物不會腐壞,抽水機有電,保持水塔有水,就能安然度過災情。

繼珊迪颱風之後,此次哈維、艾瑪颶風連續來襲,引起美國又一波分散式能源思考,紐澤西州公共事務委員會(New Jersey Board of Public Utilities)近來批准城中市區對微電網應用的研究,就表示珊迪颶風、哈維颶風的災情,提醒人們需要更多準備,需要打造先進微電網以因應下次災情。隨著極端氣候現象越來越顯著,分散式能源的概念,可望先從防災的能源安全角度出發,打下第一個利基市場。

(首圖來源:達志影像)